(57)【要約】  能動的な傷害軽減技術と共に使用される導電性結合を有する電動工具が開示される。 導電性結合は、能動的な傷害軽減技術を有するテーブルソー、手持ち丸鋸、トラックソー、マイターソー、およびバンドソーに特に適している。 導電性結合は、電気信号をブレードに結合または付与することができる機構を提供し、ブレードとの人間の接触を示す変化を監視する。例示的な導電性結合は、電動工具の可動部分との電気的接続を確立するブラシを含み、ブラシは、電動工具がアーバーを回転させている少なくとも４０時間の累積時間の間、反応システムを起動するのに十分な電気的接続を中断することなく電動工具の可動部分との接触を維持する。導電性結合は、両側の迎合性を有するものとすることができる。電気的ノイズを最小にするために、導電性結合をモーターシャフトに接続することができる。
2019519397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なアーバーと、
前記アーバーに取り付けられたブレードと、
前記アーバーおよびブレードを回転させるモーターと、
人が回転するブレードと接触したことを検出する検出システムと、
前記接触を検出した際に傷害を軽減するための動作の実行を起動可能な反応システムと、
前記検出システムおよび前記ブレードを接続する導電性結合であって、前記導電性結合は、ブラシを含み、前記ブラシが電動工具の移動する部品との電気接続を確立し、前記反応システムを起動するのに十分な前記電気接続の中断なしに、前記モーターが前記アーバーおよびブレードを回転する少なくとも４０時間の累積時間の間、前記ブラシが前記電動工具の前記移動する部品との接触を維持する、導電性結合と、
を備える電動工具。
【請求項２】
前記ブラシが迎合的である、請求項１に記載の電動工具。
【請求項３】
前記ブラシがバネに支持される堅い部品を備える、請求項１に記載の電動工具。
【請求項４】
前記ブラシが前記電動工具の前記移動する部品に関連する迎合的な構成要素に接触することによって電気接続を確立する、請求項１に記載の電動工具。
【請求項５】
前記迎合的な構成要素が導電性パッキングである、請求項４に記載の電動工具。
【請求項６】
前記導電性パッキングが編組グラファイトである、請求項５に記載の電動工具。
【請求項７】
前記ブラシがバネによって支持される堅い部品を備え、かつ前記堅い部品が導電性パッキングに接触することによって、前記ブラシが前記電気接続を確立する、請求項１に記載の電動工具。
【請求項８】
前記電動工具の前記移動する部品が前記アーバーであり、かつ前記ブラシが前記アーバーとの軸接触を介して前記電気接続を確立する、請求項１に記載の電動工具。
【請求項９】
前記ブラシが迎合的であり、かつ前記ブラシが前記電動工具の前記移動する部品に関連する迎合的な構成要素と接触することによって前記電気接続を確立する、請求項１に記載の電動工具。
【請求項１０】
前記反応システムを起動するのに十分な前記電気接続の中断なしに、前記モーターが前記アーバーおよびブレードを回転する１００時間の累積時間の間、前記ブラシが前記電動工具の前記移動する部品との接触を維持する、請求項１に記載の電動工具。
【請求項１１】
前記電動工具の前記移動する部品が電気設置から分離されている、請求項１に記載の電動工具。
【請求項１２】
回転可能なアーバーと、
前記アーバーに取り付けられたブレードと、
前記アーバーおよびブレードを回転させるモーターと、
人が回転するブレードと接触したことを検出する検出システムと、
前記接触を検出した際に傷害を軽減するための動作の実行を起動可能な反応システムと、
前記検出システムおよび前記ブレードを接続する導電性結合であって、前記導電性結合が両側の迎合的な結合を備える、導電性結合と、
を備える電動工具。
【請求項１３】
回転可能なアーバーと、
前記アーバーに取り付けられたブレードと、
前記アーバーおよびブレードを回転させるモーターであって、モーターシャフトを有するモーターと、
人が回転するブレードと接触したことを検出する検出システムと、
前記接触を検出した際に傷害を軽減するための動作の実行を起動可能な反応システムと、
前記検出システムおよび前記ブレードの間の電気接続を確立する第１の導電性結合と、
前記モーターシャフトおよび電気接地との間の電気接続を確立する第２の導電性結合と、
を備える電動工具。
【請求項１４】
前記第１および第２の導電性結合それぞれが迎合的なブラシを含む、請求項１３に記載の電動工具。
【請求項１５】
各ブラシがバネによって支持される堅い部品を備える、請求項１４に記載の電動工具。
【請求項１６】
前記第１の導電性結合が前記アーバーとの前記電気接続を確立する、請求項１３に記載の電動工具。
【請求項１７】
前記アーバーに関連する導電性パッキングをさらに備え、前記第１の導電性結合がブラシを含み、かつ前記第１の導電性結合が前記導電性パッキングに接触する前記ブラシによって前記アーバーとの前記電気接続を確立する、請求項１６に記載の電動工具。
【請求項１８】
前記導電性パッキングが編組グラファイトである、請求項１７に記載の電動工具。
【請求項１９】
前記第１の導電性結合が前記アーバーとの軸接触を介して前記電気接続を確立する、請求項１３に記載の電動工具。
【請求項２０】
前記第２の導電性結合が前記モーターシャフトとの軸接触を介して前記電気接続を確立する、請求項１３に記載の電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１６年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／３４３，４５１号の利益および優先権を主張する。
【０００２】
技術分野
本開示は、電動工具に関し、より詳細には、能動的な傷害軽減技術を有する電動工具に使用される導電性結合に関する。導電性結合は、能動的な傷害軽減技術を有するテーブルソー、手持ち丸鋸、トラックソー、マイターソー、バンドソーに特に適している。導電性結合は、電気信号をブレードに結合または伝達し、ブレードとの人間の接触を示す変化を監視するメカニズムを提供する。
【背景技術】
【０００３】
木片などのワークピースを所望のサイズまたは形状に切断するために、テーブルソー、手持ち丸鋸、トラックソー、マイターソー、またはバンドソーなどの電動工具が使用される。テーブルソーには、作業面またはテーブルと、テーブルを通って上に延びる円形ブレードが含まれる。作業者は、テーブル上にワークを置き、回転するブレ−ドにワークを接触させて、ワークピースを所望の大きさに切断することによって、テーブルソーを使用する。手持ち丸鋸には、円形ブレード、モーター、およびハンドルが含まれる。作業者は、ハンドルをつかみ、回転ブレードをワークに接触させるように動かすことによって、手持ち丸鋸を使用する。トラックソーは、手持ち丸鋸に似ており、ブレードがワークピースを切断する場合にソーの動きをガイドするトラックが含まれる。マイターソーには、可動支持アーム上の円形ブレードが含まれる。作業者は、ブレードの下にワークピースを置き、ブレードと支持アームを下方に枢動させることによって、ブレードをワークピースに接触させてカットを行うことによって、マイターソーを使用する。バンドソーは、作業面と、２つ以上のローラーやホイールの周りで駆動される隣接するバンドブレードを含む。作業者は、作業面にワークピースを置き、バンドブレードにワークピースを接触させるように動かすことによって、バンドソーを使用する。
【０００４】
このような電動工具は、木工作業および建設に使用される最も基本的で多目的な機械の一部である。例えば、家具やキャビネットの製作、堅木の床の設置、屋根や壁の合板パネルの切断、カウンタートップ用の材料の切断、パレットや箱の製作、その他多くのプロジェクトや作業に使用される。
【０００５】
テーブルソー、手持ち丸鋸、トラックソー、マイターソー、およびバンドソーなどの電動工具は、さまざまなサイズと構成になっている。例えば、テーブルソーは、大型、固定式、工業用テーブルソーから、小型軽量の携帯用テーブルソーに至るまでのサイズがある。大きなテーブルソーはキャビネットソーと呼ばれることもあり、中型のテーブルソーはコントラクターソーやハイブリッドソーと呼ばれることもあり、小さなテーブルソーはポータブル、ジョブサイト、ベンチトップテーブルソーと呼ばれることもある。大きなテーブルソーには、誘導モーターと鋳鉄部品が含まれ、通常、重量は１００ポンドを上回る。小型のポータブルテーブルソーは、ピックアップトラックの後部で運ぶことができるほど小さくて軽いことが多く、スタンドがホイールを備えていることが多い、ジョブサイトや作業場で移動することができる。小さなテーブルソーはユニバーサルモーターを有し、重さは１００ポンド以下である。例えば、ジョブサイトソーは、約６０〜８０ポンドの重さであり、最小のベンチトップソーの重さは、約４０〜４５ポンドである。手持ち丸鋸、トラックソー、マイターソー、バンドソーもさまざまなサイズと構成で提供され、さまざまな機能を装備できる。
【０００６】
「テーブルソー」、「手持ち丸鋸」、「トラックソー」、「マイターソー」、および「バンドソー」という名前は、重複しうる一般的なカテゴリである。例えば、トラックソーは、手持ちの丸鋸の一種であり、手持ち丸鋸と呼ばれることがある。マイターソーとバンドソーには、テーブルや作業面があり、その上にワークピースが置かれてカットが行われる。その点で、テーブルソーに似ている。しかし、「テーブルソー」、「手持ち丸鋸」、「トラックソー」、「マイターソー」および「バンドソー」という表記は、 異なるカテゴリまたは異なるタイプの電動工具を特定するために木工作業および建築の分野の当業者によって一般に理解されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のソーのような動いているブレードを有する電動工具は、ブレードによって潜在的な危険が存在する。電動ソーを使用している人が誤って動いているブレードに触れるという多くの事故が発生している。この問題に対処するために、電動ソーは能動的な傷害軽減技術を装備することができる。能動的な傷害軽減技術は、人が動いているブレードに偶然接触するなどの危険な状態を検出し、ミリ秒以内にブレードの停止や後退などの障害を軽減するために何らかのアクションを実行する。一般に、能動的な傷害軽減技術の実施形態は、危険な状態を検出するための検出システムと、傷害を軽減するための動作を実行する反応システムとを少なくとも含む。「検出システム」と「反応システム」という用語は、構造要素の既知のカテゴリを識別するために使用され、「アクチュエータ」と「センサ」という用語が構造要素の既知のカテゴリを識別するのと同様に、機能よりも構造を特定する。例えば、「検出システム」という用語は、電気信号を生成して監視するための電子回路などの構造要素を表すことが知られている。「反応システム」という用語は、ブレーキ機構や引込機構などの構造要素を表すことが知られている。米国特許出願第１０／１００，２１１号（２００２年３月１３日出願、名称「Safety Systems for Power Equipment」）は、能動的な傷害軽減技術と、電動ソーにおける能動的な傷害軽減技術の様々な実施および実施形態を記載する。米国特許出願第１０／１００，２１１号の全開示、およびその出願から得られる特許は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００８】
能動的な傷害軽減技術の実施形態を備えた可動ブレードを有する電動工具では、ブレードは、人間とブレードとの接触を検出するセンサとして使用することができる。例えば、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第７，２８４，４６７号「Apparatus And Method for Detecting Dangerous Conditions In Power Equipment」は、ブレードに電気信号を与え、人間の接触を示す変化を信号で監視するシステムを開示している。
【０００９】
電気信号をブレードに与えることができる１つの方法は、容量性結合によるものであり、米国特許第７，２８４，４６７号には、容量性結合の実施形態が記載されている。例えば、導電性プレートは、ブレードを電子回路に容量結合させるためにブレードに近接して配置することができるか、または導電性表面をブレードのアーバーまたは駆動軸に近接して配置して、ブレードに導電的に結合しているアーバーとの容量性結合を生じさせる。これらの容量性結合では、容量性結合を形成する導電性要素（導電性プレートとも呼ばれる）の間に物理的接触はない。
【００１０】
ブレードに電気信号を与える別の方法は、導電性結合を介する方法である。導電性結合は、電気信号が導体間の直接的な物理的接触によって伝達されるため、直接結合と呼ばれることがある。しかし、これまで、動くブレードや回転アーバーとの信頼性の高い導電性結合を作り、維持することは困難だった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書は、導電性結合、特に回路を回転ブレードまたはアーバーのような電動工具の可動部分に回路を接続するために使用される導電性結合について記載している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】能動的な傷害軽減技術の実施形態を有する電動工具の概略ブロック図である。
【図２】円形ブレードを有する電動工具との関連での能動的な傷害軽減技術の実施形態の概略図である。
【図３】テーブルソーを示す。
【図４】テーブルソーの内部機構の左側面図を示す。
【図５】図４の内部機構の右側面図を示す。
【図６】図４の内部機構の正面図を示す。
【図７】図４の内部機構の背面図を示す。
【図８】図４の内部機構の下方からの斜視図を示す。
【図９】導電性ブラシを示す。
【図１０】圧縮バネに取り付けられた図９の導電性ブラシを示す。
【図１１】図１０の圧縮バネの分離図を示す。
【図１２】アーバーの軸に沿って導電性材料で充填されたチャンバに挿入するために位置合わせされた図９の導電性ブラシを示す。
【図１３】アーバーの軸に沿ってチャンバに挿入された導体を示し、チャンバは導電性材料で充填されている。
【図１４】別のスタイルのブラシを示す。
【図１５】図１４のブラシが、ブラシに通じる導体を有するアーバーの一部に取り付けられた状態を示している。
【図１６】別のスタイルのブラシとアーバーを示す。
【図１７】アーバーの一部に取り付けられた図１６のブレードおよびブラシを示す。
【図１８】別のスタイルのブラシを示す。
【図１９】アーバーの一部に取り付けられた別のスタイルのブラシを示す。
【図２０】アーバーの外面と接触する別のスタイルのブラシを示す。
【図２１】アーバーの外面と接触するさらに別のスタイルのブラシを示している。
【図２２】ギアボックス、モーターおよびアーバーを示す。
【図２３】図２２のギアボックス、モーター、およびアーバーの別の図を示す。
【図２４】図２２のギアボックス、モーター、およびアーバーの分解図を示し、一部の構成要素は取り除かれている。
【図２５】モーターシャフトの一部に取り付けられたブラシを示す。
【図２６】いくつかの構成要素が取り付けられたアーバーを示す。
【図２７】図２６のアーバーおよび構成要素の分解図を示す。
【図２８】孤立した歯車を有する図２６のアーバーを示す。
【図２９】図２８のアーバーおよび歯車の側面図を示す。
【図３０】図２９の線Ａ−Ａに沿った図２８のアーバーおよび歯車の断面図を示す。
【図３１】図２９の線Ｂ−Ｂに沿った図２８のアーバーおよび歯車の断面図を示す。
【図３２】いくつかの構成要素が取り除かれた図２２のモーターを示す。
【図３３】図３２のモーター構成要素の図３２の線Ａ−Ａに沿った断面図を示す。
【図３４】図３２のモーター構成要素の斜視図を示す。
【図３５】信号キャップを示す。
【図３６】図３５の信号キャップの別の図を示す。
【図３７】ブレードへの導電性結合およびモーターシャフトへの導電性結合の概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
電動工具の指定された部分との人間の接触を検出する能動的な傷害軽減技術の実施形態を有する電動工具が図１に概略的に示されており、全体が１０で示されている。電動工具１０は、作業工具または切削工具１４と、切削工具を駆動するように構成されたモーターアセンブリ１６とを有する作動構造１２を含む。電動工具１０はまた、工具を使用する人の重大な傷害の可能性を最小限にするように構成された安全システム１８を含む。安全システム１８は、電動工具の使用中に、動く切削工具との人間の接触などの１つ以上の危険な状態の発生を検出するようになっている。このような危険な状態が検出された場合、安全システム１８は、危険な状態によって引き起こされる使用者のあらゆる傷害を制限するために作動構造１２に係合するように適合される。
【００１４】
電動工具１０はまた、作動構造１２および安全システム１８に電力を供給するのに適した電源２０を含む。電源２０は、ライン電流などの外部電源、またはバッテリなどの内部電源とすることができる。あるいは、電源２０は、外部電源と内部電源の両方の組み合わせを含むことができる。さらに、電源２０は、それぞれが電動工具１０の異なる部分に動力を供給するように適合された２つ以上の別個の動力源を含むことができる。
【００１５】
作動構造１２は、多くの異なる形態のいずれか１つをとることができることが理解されるであろう。例えば、作動構造１２は、切削工具１４との駆動係合においてモーターアセンブリ１６を支持するように構成された固定ハウジングを含むことができる。さらなる例として、作動構造１２は、テーブルソー、手持ち丸鋸、トラックソー、マイターソー、またはバンドソーの一部であってもよい。
【００１６】
モーターアセンブリ１６は、切削工具１４を駆動するように適合された少なくとも１つのモーターを含む。モーターは、直接（ギアを介して）、または間接的に（ベルトと滑車を介して）のいずれで切削工具に結合することができる。切削工具１４の特定の形態は、電動工具１０の様々な実施形態に応じて変化する。例えば、切削工具１４は、ブレードの周縁に沿って配置された複数の歯を有する単一の円形の回転ブレードであってもよい。あるいは、切削工具は、ダドブレードまたはダドスタックなどの複数の円形ブレード、または他のタイプのブレードまたは加工工具であってもよい。
【００１７】
安全システム１８は、検出サブシステム２２、反応サブシステム２４および制御サブシステム２６を含む。記載したように、用語「検出サブシステム」および「反応サブシステム」は、本明細書では、構造要素の既知のカテゴリを識別するために使用されており、機能ではなく構造を識別する。「制御サブシステム」という用語は、構造要素の既知のカテゴリを識別するためにも使用されるため、機能ではなく構造を識別する。制御サブシステム２６は、検出サブシステム２２、反応サブシステム２４、作動構造１２およびモーターアセンブリ１６を含む様々なソースからの入力を受信するように適合されてもよい。制御サブシステムはまた、電動工具１０の選択されたパラメータを監視するように適合された１つ以上のセンサを含むことができる。さらに、制御サブシステム２６は、通常、機械を制御するために使用者によって操作可能な１つ以上の機器を含む。制御サブシステムは、受信した入力に応答して電動工具１０を制御するように構成されている。
【００１８】
検出サブシステム２２は、使用者の身体の一部が切削工具１４の一部と接触するという危険な状態を検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、検出サブシステム２２は、制御サブシステム２６に危険な状態を通知することができ、その後、反応サブシステム２４を作動させる。他の実施形態では、検出サブシステムは、反応サブシステムを直接作動するように適合されてもよい。
【００１９】
危険な状態に応答して作動すると、反応サブシステム２４は、使用者の重傷を防止するために、作動構造１２に迅速に係合するように構成される。反応サブシステム２４によってとられるべき特定の動作は、電動工具１０のタイプによって変わることが理解されよう。例えば、反応サブシステム２４は、切削工具１４の移動を停止させるか、切削工具をその動作位置から後退させる、のうちの１つ以上を行うように構成することができる。切削工具を後退させることは、参照により本明細書に組み込まれる、以下の特許出願および特許に詳細に記載されている。ＳＤ３、ＬＬＣによる２０１５年９月３日出願の米国仮特許出願第１４／８８４，３２４号「Table Saws」、ＳＤ３、ＬＬＣによる２００２年３月１３日出願の米国特許出願第１０／１００，２１１号「Safety Systems for Power Equipment」、およびその出願から発行された特許、２００６年８月２９日に発行された米国特許第７，０９８，８００号「Retraction System and Motor Position for Use With Safety Systems for Power Equipment」。
【００２０】
当業者であれば、図１に描かれ、上で説明された例示的な実施形態は、作動構造１２のタイプおよび構成に応じて様々な方法で実施されてもよいことを理解するであろう。
【００２１】
図２に注目すると、安全システム１８の多くの可能な実装の一例が示されている。システム１８は、回転シャフトまたはアーバー４２に取り付けられた円形ブレード４０を有する作動構造に係合するように構成される。ブレード４０は、ブレードの外縁の周りに配置された複数の切断歯（図２には示されていないが、図３に示されている）を含む。以下でより詳細に説明するように、ブレーキ機構２８は、ブレード４０の歯に係合し、ブレードの回転を停止させるように適合されている。
【００２２】
参照によって本明細書に組み込まれる、２００６年１１月２１日に発行された「Translation Stop For Use In Power Equipment」と題する米国特許第７，１３７，３２６号は、切削工具の移動を停止させる他のシステムを記載している。安全システム１８は、以下の特許および刊行物において特定のタイプの機械および電動工具として記載されており、それらの全てが参照により本明細書に組み込まれる：２００８年４月１日発行の米国特許第７，３５０，４４４号「Table Saw With Improved Safety System」、２０１０年４月２０日発行の米国特許第７，６９８，９７６号、「Miter Saw With Improved Safety System」、２００５年４月１９日発行の米国特許第６，８８０，４４０号「Miter Saw with Improved Safety System」、２００６年２月７日発行の米国特許第６，９９４，００４号「Table Saw With Improved Safety System」、２００４年１２月７日発行の米国特許第６，８２６，９８８号「Miter Saw With Improved Safety System」、２００２年５月１６日出願の米国特許出願公開第２００２／００５６３４９号明細書「Miter Saw With Improved Safety System」、２００５年９月２０日発行の米国特許第６，９４５，１４８号、「Miter Saw With Improved Safety System」、２００５年４月１２日発行の米国特許第６，８７７，４１０号「Miter Saw With Improved Safety System」、２００３年１月２３日出願の米国特許出願公開第２００３／００１５２５３Ａ１号「Router With Improved Safety System」、２００９年１１月２４日発行の米国特許第７，６２１，２０５号「Band Saw With Safety System」、２００６年２月２１日発行の米国特許第７，０００，５１４号「Safety Systems for Band Saws」、２０１０年８月３１日発行の米国特許第７，７８４，５０７号「Router With Improved Safety System」、２００８年３月２５日発行の米国特許第７，３４７，１３１号「Miter Saw With Improved Safety System」、２０１０年１１月２３日発行の米国特許第７，８３６，８０４号「Woodworking Machines With Overmolded Arbors」。
【００２３】
例示的な実施形態では、検出サブシステム２２は、ブレード４０に接触しようとする使用者の危険な状態を検出するように適合されている。検出サブシステムは、使用者の身体とブレードとの間の任意の接触を検出するためにブレード４０に容量性結合された接触検出プレート４４，４６などのセンサアセンブリを含む。通常、ブレード、または切削工具１４のより大きな部分は、電動工具の残りの部分から電気的に分離されている。検出サブシステム２２の様々な例示的な実施形態および実施形態は、参照によって本明細書に組み込まれる以下の文献により詳細に記載されている。２００７年５月１日発行の米国特許第７，２１０，３８３号「Detection System For Power Equipment」２００７年１０月２３日発行の米国特許第７，２８４，４６７号「Apparatus And Method For Detecting Dangerous Conditions In Power Equipment」、２００８年５月２７日発行の米国特許第７，３７７，１９９号「Contact Detection System for Power Equipment」、２００７年６月１９日発行の米国特許第７，２３１，８５６号「Apparatus and Method for Detecting Dangerous Conditions in Power Equipment」、２００７年２月６日発行の米国特許第７，１７１，８７９号「Discrete Proximity Detection System」、２００６年７月１８日発行の米国特許第７，０７７，０３９号「Detection System for Power Equipment」、２０１０年５月４日発行の米国特許第７，７０７，９１８号「Detection Systems for Power Equipment」。
【００２４】
制御サブシステム２６は、ブレード４０の動きを制御するために使用者によって操作される１つ以上の機器４８を含む。機器４８には、スタート／ストップスイッチ、スピードコントロール、方向コントロール、発光ダイオードなどが含まれている。制御サブシステム２６はまた、機器４８を介して使用者の入力を受信するように接続された論理コントローラ５０を含む。論理コントローラ５０は、検出サブシステム２２から接触検出信号を受信するように接続されている。検出サブシステム２２からの接触検出信号を受信すると、論理コントローラは、使用者からの制御入力を無効にし、反応サブシステム２４を作動させてブレードの動作を停止させる。制御サブシステム２６および制御システム２６で使用され得る構成要素の様々な例示的実施形態および実施例は、参照によって本明細書に組み込まれる以下の文献により詳細に記載されている。２００９年１０月１３日発行の米国特許第７，６００，４５５号「Logic Control For Fast-Acting Safety System」、２００７年６月５日発行の米国特許第７，２２５，７１２号「Motion Detecting System For Use In Safety System For Power Equipment」、２００７年４月３日発行の米国特許第７，１９７，９６９号「Logic Control With Test Mode for Fast-Acting Safety System」、２００８年４月１５日発行の米国特許第７，３５９，１７４号「Motion Detecting System for use in a Safety System for Power Equipment」、およびＳＤ３、ＬＬＣによる２０１５年９月２３日出願の米国仮特許出願第１４／８６２，５７１号「Table Saws」。
【００２５】
例示的な実施形態では、ブレーキ機構２８は、ブレード４０の縁部に隣接して取り付けられ、ブレードの歯と係合し掴むように選択的に移動可能なつめ６０を含む。つめ６０は、ブレードに係合して停止させるのに適した任意の適切な材料で構成することができる。一例として、つめは、ポリカーボネート、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ）またはアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）などの比較的高強度の熱可塑性材料、または完全に焼なましされたアルミニウムなどの金属などで構成することができる。つめ６０の構成は、ブレード４０の構成に応じて変化し得ることは理解されよう。いずれにせよ、つめは、バネ６６の形態の付勢機構によってブレード内に押し込まれる。図２に示す例示的な実施形態では、つめ６０は、ブレード４０の歯に枢動される。バネは、ブレードをつかみ、迅速に停止させるのに十分な力でつめ６０をブレードの歯に押し込むのに適している。バネの代わりに火薬を使用することができる。
【００２６】
バネが使用される場合、つめは、可融性部材７０の形態の拘束機構によってブレードの縁部から離されて保持される。可融性部材は、バネ６６の付勢に抗してつめを拘束するのに適した適切な材料から構成され、また、決定された電流密度で溶融するように適合されている。可融性部材７０に適した材質の例としては、Ｎｉクロム線、ステンレス鋼線などが挙げられる。可融性部材は、つめと接触台７２との間に接続されている。好ましくは、可融性部材７０は、つめをブレードの縁部の比較的近くに保持し、つめがブレードと係合するために移動しなければならない距離を減少させる。つめをブレードの縁部の比較的近くに配置すると、つめがブレードに係合して停止するのに必要な時間が短縮される。典型的には、つめは、可融性部材７０によってブレードの縁部から約１／３２インチ〜１／４インチに保持されるが、他のつめとブレードとの間隔を使用することもできる。
【００２７】
つめ６０は、発射サブシステム７６の形態の解放機構によってブレード４０と係合するために、その非作動位置すなわちコッキング位置から解放される。発射サブシステムは、接触台７２に結合されており、可融性部材に電流サージを流すことによって可融性部材７０を溶融するように構成されている。火薬の場合は、電流サージがヒューズを通ることにより、火薬を点火させることができる。発射サブシステム７６は、論理コントローラ５０に結合され、論理コントローラからの信号によって作動される。論理コントローラが検出サブシステム２２から接触検出信号を受信すると、論理コントローラは、起動信号を発射サブシステム７６に送り、ヒューズを加熱してつめを動かしブレードと接触させる。反応サブシステム２４の様々な例示的な実施形態および実施形態は、参照によって本明細書に組み込まれる以下の文献により詳細に記載されている。２００６年９月５日発行の米国特許第７，１００，４８３号「Firing Subsystem For Use In A Fast-Acting Safety System」、２０１３年７月２３日発行の米国特許第８，４９０，５２７号「Power Equipment With Systems To Mitigate Or Prevent Injury」、２００６年４月１１日発行の米国特許第７，０２４，９７５号「Brake Mechanism For Power Equipment」、２００４年１１月９日発行の米国特許第６，８１３，９８３号「Power Equipment For Brake Mechanism for Power Equipment」、２００５年１０月２５日発行の米国特許第６，９５７，６０１号「Translation Stop For Use In Power Equipment」２０１０年５月１１日発行の米国特許第７，７１２，４０３号「Actuators For Use in Fast-Acting Safety Systems」および２００５年９月２０日発行の米国特許第６，９４５，１４９号「Actuators For Use In Fast-Acting Safety Systems」。
【００２８】
ブレーキ機構の作動は、安全システム１８の１つ以上の部分の交換を必要とすることが理解されよう。例えば、安全システムが再び使用できる状態になる前に、つめ６０と可融性部材７０を交換する必要がある。したがって、容易に交換することができるカートリッジ内に安全システム１８の１つ以上の部分を構築することが望ましい場合がある。例えば、図２に示す例示的な実施例では、安全システム１８は、ハウジング８２を有する交換可能なカートリッジ８０を含む。つめ６０、バネ６６、可融性部材７０および接触台７２は全てハウジング８２内に取り付けられている。あるいは、安全システム１８の他の部分をハウジング内に取り付けることができる。いずれの場合でも、反応システムが作動した後、カートリッジ８０を交換することによって安全システムをリセットすることができる。カートリッジ内に取り付けられていない安全システム１８の部分は、個別に交換するか、適切に再使用することができる。交換可能なカートリッジおよび様々なブレーキつめを使用する安全システムの様々な例示的な実施形態および実施形態は、参照によって本明細書に組み込まれる以下の文献により詳細に記載されている。２００９年１１月３日発行の米国特許第７，６１０，８３６号「Replaceable Brake Mechanism For Power Equipment」、２００５年２月２２日発行の米国特許第６，８５７，３４５号「Brake Positioning System」、２０１０年２月１６日発行の米国特許第７，６６１，３４３号「Brake Mechanism for Power Equipment」、２００８年４月１日発行の米国特許第７，３５０，４４５号「Brake Cartridges for Power Equipment」。
【００２９】
図２に示される例示的な実施形態は、ブレード４４とプレート４６との間の容量性結合を介して使用者と切削工具との間の接触を検出するように構成された検出サブシステム２２を示す。検出システム２２は、適切な電気回路（例えば、参照によって本明細書に組み込まれる２００７年５月１日発行の米国特許第７，２１０，３８３号「Detection System For Power Equipment」に記載されている）を含み、プレート４４に信号を伝え、プレート４６を介して入力信号を検出する。プレート４４は、ブレード４０に近接するが、離間して取り付けられている。プレート４４は、ソーブレードに平行、かつ離間して、そのサイズと配置によりソーブレードに容量性結合している。プレート４６は、第２の容量性結合を確立するために、ソーブレードに近接するが、離間して取り付けられている。
【００３０】
使用者がブレード４０に触れると、使用者の身体の静電容量がブレードに容量性負荷を発生させる。結果として、荷電プレートとブレードとの間の容量シャントのサイズが増大し、それによってプレート４６に達する電荷が減少する。したがって、ブレードを通過するプレート４６への入力信号の大きさは、使用者がブレードに触れると減少する。検出サブシステム２２は、入力信号におけるこの変化を検出し、接触検出信号を論理コントローラ５０に送信するように構成される。
【００３１】
図３は、テーブル１１２と、テーブルの開口１１４内に嵌合するテーブルインサート１１６のスロット１２０を通って上方に延びる円形ブレード４０とを含むテーブルソー１１０を示す。ハウジング１２２がテーブルを支え、モーターがハウジング内にある。モーターは、ブレードに作動可能に接続されているため、モーターを動かすとブレードが回転する。テーブルの上に木片などのワークピースを載せ、回転ブレードに押し当てて切削する。
【００３２】
ブレード４０は、アーバーと呼ばれる駆動軸に取り付けられている。１つ以上のベアリングは、ハウジング１２２内のアーバーブロックまたはトラニオンによって支持され、ベアリングはアーバーを支持し、アーバーを回転させる。モーターは、ギアを介してアーバーに直接接続される（ダイレクトドライブと呼ばれる）か、またはプーリーおよび１つ以上のベルトを介して接続される（ベルトドライブと呼ばれる）駆動軸を有する。どちらの場合でも、駆動軸とアーバーの間のリンクは、モーターの駆動軸を回転させることで、アーバーとブレードが回転するようになっている。本明細書で説明される電動工具では、アーバーとブレードが毎分約４０００回転で回転するのが一般的である。
【００３３】
図４〜図８は、テーブルソー１１０に使用可能な内部機構の様々な図を示す。曲げられたスチールチューブ１２３が、テーブルに支持されたトラニオンを形成する。ベベルギア１２４および関連するスクリュー１２５、シャフト１２６、ハンドホイール１２７は、ブレードを上下させるために使用される。クランプ１２８はブレードを傾けるために使用される。ブレード４０は、アーバー１２９に取り付けられている。モーター１３０は、ギアボックスを介してアーバー１２９を回転させ、それによってブレードを駆動する。テーブルソー１１０は、James David Fulmer、Stephen F. Gass 、およびJohn P.Nenadicにより２０１７年５月２５日に本出願と同時に提出された「Power Saws」と題する米国仮特許出願第６２／５１１，２３４号に詳細に記載されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００３４】
能動的な傷害軽減技術を有するテーブルソーでは、検出システムがブレードに電気信号を与え、ブレードと使用者との間の接触を示す変化について信号が監視される。導電性結合を使用してブレード上に電気信号を与え、および／またはモニタする場合、導電性結合は、ブレードと検出システムとの間に導電路を作り出すように配置された何らかの構成要素を含み、これを介して検出システムは、ブレード上に信号を与え、モニタすることができる。構成要素は、ブレード、アーバー、またはアーバーに取り付けられたギアやプーリーなどのブレードまたはアーバーと導電接触する他の構成要素と直接物理的に接触するように、ソーに配置される。
【００３５】
しかし、アーバーまたはブレードと直接物理的に接触する構成要素は、アーバーまたはブレードが回転すると、微視的にバウンドする。このバウンドは、構成要素とアーバーまたはブレードとの接触が短時間中断され、ブレードから感知された電気信号に中断を引き起こす可能性がある。ブレードとの接触を検出するシステムでは、安全システムが重大な傷害が発生する前に応答するのに十分な時間を有するため、接触が迅速に、例えば２０マイクロ秒のオーダで検出されなければならない。しかし、バウンドによりブレードから感知された電気信号の中断は、検出を遅らせる可能性があり、それにより重大な傷害につながる可能性がある。この問題に対処するために、少なくとも１つの導電性要素がいつでもアーバーとほぼ確実に接触するようにするために、ブレードまたはアーバーと直接接触させる複数の導電性要素を使用することができる。あるいは、ロッドや中実の円錐形ブラシなどの堅い導電性要素を、粉体、ゲル、または編組グラファイトの塊に接触させて配置することができる。
【００３６】
回転ブレードまたはアーバーとの直接的で信頼性のある電気的接触が維持できる１つの方法は、複数の導電性繊維またはフィラメントからなるブラシを使用することである。複数の繊維の存在は、検出システムによって検出された電気接触信号に中断がないように、少なくとも一部の繊維が回転ブレードまたはアーバーと接触することを保証する。このような接触は、複数接触であると考えることができる。より小さいサイズの繊維またはフィラメントを使用することにより、特定の領域のフィラメントの数が増加することが可能になり、フィラメントと回転ブレードまたはアーバーとの間の良好な接触がもたらされ、その結果バウンドが信号の中断をもたらす可能性が減少する。複数の繊維やフィラメントを使用すると、多数の接続により、耐障害性の高い設計が可能になる。ブラシ繊維は、真鍮、編組グラファイト、金などの鋼の上を滑りやすい材質から作られるか、またはブラシ繊維が耐えられるようにライナーで接触面を覆うことができる。ブラシ繊維は、ゆるやかに曲がり、破損する可能性は低く、アーバーとの接触を良好に保つような剛性と長さを有する。長い繊維は、より曲がり磨耗に適応することができる。
【００３７】
ブラシは、アーバーブロックまたは回路基板に取り付けられて、ブラシ繊維が回転アーバーまたはブレードまたはブレードまたはアーバーに結合された他の部品と接触するようにしてもよい。ブレード、アーバー、およびブラシの接触は、アーバーブロックから電気的に分離されている。
【００３８】
ブラシは、ブレードと接触するように取り付けられ得るが、ブレードは、ブレードとの電気的接触の品質を妨害または低減する可能性があるコーティングを有し得るので、ブレードに電気的に結合されたアーバーと接触するようにブラシを取り付けることが有利であり得る。ブレードに導電的にまたは直接結合されたブラシは、静電散逸の手段を提供し、これは、ブレードとアーバーに蓄積する傾向のある静電荷を逃がすための抵抗を追加することで達成し得る。
【００３９】
回転ブレードまたはアーバーとの接触のような、移動面との接触によりブラシ繊維に生じる磨耗は、移動面の速度に関連するか、または異なる表現では、磨耗は、接触面におけるブラシ繊維の相対速度に関連する。回転ブレードまたはアーバーである接触面に対するブラシ繊維の先端の表面速度は、２πｆｒに等しく、ここでｆは、ヘルツ単位で測定された回転ブレードまたはアーバーの周波数であり、ｒは、回転ブレードまたはアーバーと接触するブラシ繊維の、ブレードまたはアーバーの回転軸から測定された半径である。アーバーとブレードは指定された回転数、すなわち毎分回転数で一緒に回転するため、表面速度は半径ｒのみによって変化する。先に述べたように、接触面での摩耗は、接触面でのブラシ繊維の表面速度に関係しているため、ブレードとアーバーが回転する軸から接触面までの半径ｒを減少させると、接触部の摩耗が軽減される。したがって、摩耗を最小限に抑えるために半径ｒを最小にすることが有利である。
【００４０】
図９は、円筒形シャフト１４２からなるブラシ１４０を示しており、筒状シャフトの一端部は、約４５度の角度で円錐状に先細になっているわずかに大きな半径の短い円筒形セグメント１４４である。シャフト１４２の他端部は、斜めになっている。ブラシ１４０は、固形グラファイトのような導電性材料でできている。ブラシ１４０は、剛毛のない単一の堅い部品であってもブラシと呼ばれる。
【００４１】
ブラシ１４０上のシャフト１４２は、図１０に示すように、圧縮バネ１４６の一端内に嵌合する。このようにして、ブラシ１４０はバネで付勢され、適合する。図１１で分離して示された圧縮バネ１４６は、コイル１４８を含み、バネから接線方向に外方に延びてＵ字形屈曲部で終端する部分からなる端部１５０を有する。
【００４２】
図１２は、アーバー４２の軸に沿って円筒形チャンバ１５６を有するアーバー４２を示す。チャンバ１５６には、導電性材料１５２が充填され、導電性材料１５２は、粉末、ゲル、または編組グラファイトなどの導電性パッキングとも呼ばれ、同じ軸に沿った小さな容積１５４は空であり、その中にブラシ１４０の端部１４４が配置される。表面積を増やすために、表面にネジを切るように穴１５６をあけることが有利であり、これは、チャンバが回転する場合に編組グラファイトまたは他の材料がチャンバから出ないようにする助けとなる。
【００４３】
アーバー４２が回転すると、編組グラファイトまたは他の導電性材料がアーバーと共に回転する。これにより、ブラシと導電性材料１５２との間の摩擦によってブラシ１４０が回転する傾向がある。しかし、バネ１４６は、アーバーが回転すると、バネがシャフト１４２の周りで締め付けられ、ブラシ１４０を適所に保持するように構成されている。バネ１４６の端部１５０は、ネジを介して接触プレート１５８に導電的に接続され、接触プレート１５８は、ブレードからアーバーを通って測定された信号を監視するために使用される回路基板にワイヤを介して接続される。このような実施形態は、ブラシ１４０が編組グラファイトまたは他の材料と複数の点で接触するため、多接点結合と考えることもできる。
【００４４】
バネ１４６は、導電性材料１５２に対してブラシ１４０を付勢するか、または押す。実験は、１〜３ニュートンの範囲のバネ力が、ブラシと導電性材料との間の過度の磨耗を引き起こすことなく、ブラシ１４０と導電性パッキング材料１５２との間の信頼できる電気接続を生成するために効果的な付勢力を提供することを示した。過度の摩耗は、電気接続の持続時間を損なう、または短縮する可能性がある。
【００４５】
図１３は、粉末またはグリースなどの導電性材料１６４を使用する別の構成を示しており、この導電性材料１６４は、アーバー４２の軸に沿って円筒形チャンバ１６６を満たしており、円筒形チャンバには、金属ワイヤまたはシャフトのような導体１６２が挿入され、電気信号を検出システムに送る。粉末やグリースのような導電性材料は、複数の接点を提供し、摩耗を最小限に抑えることができる。導電性グリースまたは粉末は、より良好な接触を提供するために、本明細書に開示されるブラシ構成のいずれかと共に使用され得る。
【００４６】
図１４は、円筒形の壁または容器１７２から半径方向内向きに延びる繊維１７０を有する円筒形状のブラシ１６８を使用する別の構成を示しており、図１５に示すように、ブラシは、アーバーと共に回転するように、アーバー４２のシャフトの大きな穴１７６内に固定されている。この構成は、図１５に示すように、非常に小さい半径のワイヤまたはシャフトのような導体１７４を、アーバーの軸に沿ってブラシに挿入することを可能にする。
【００４７】
図１６は、シャフト１８０からなるブラシ１７８を示しており、シャフトの端部は、長さ約１〜２インチのセグメント１８２であり、パイプクリーナのようにシャフトの外周に沿って半径方向外側に延びる複数の導電性繊維を有する。ブラシは、セグメント１８２が、図１７に示すように、ブレード４０が取り付けられているアーバーの軸に沿ってアーバー４２内に延びる穴１８４に挿入されるように取り付けられる。この構成のいくつかの利点は、ブラシがアーバーの軸に沿って穴１８４内で自動的に中心となり、アーバーの軸に対する接点の半径ｒ（すなわち、アーバーとブラシの接点からアーバーの軸との距離）は、摩耗を最小にするために非常に小さくすることができる。
【００４８】
図１８は、図１６および図１７と同じ構成で使用することができる別のスタイルのブラシを示す。ブラシ１８６は、シャフト１８８からなり、シャフト１８８の端部には、シャフトの軸に沿ってシャフトを越えて外側に伸びる多数の長い導電性繊維１９０が取り付けられている。ブラシは、図１６と図１７のブラシ１７８のように、アーバーの軸に沿ってアーバーに伸びる穴に挿入されている。
【００４９】
図１９は、円形シャフト１９４からなるブラシ１９２を用いた別の構成を示しており、シャフトの周りに複数の導電性繊維１９６がシャフトの円周に沿って半径方向内向きに延在している。アーバー４２は、非常に小さい直径を有する、ブレードが取り付けられている端部に対向するアーバーの部分１９８があるような形状をしている。ブラシ１９２は、ブラシ繊維がアーバーの部分１９８を囲むように、アーバーの部分１９８の上に嵌合する。この構成では、ブラシ繊維を長くしながら、シャフトの直径を非常に小さくすることができるので、ブラシ繊維がアーバーに接触する点での半径を最小にすることができる。
【００５０】
図２０は、シャフト２０２からなるブラシ２００を示し、シャフトの端部は、約１〜２インチの長さのセグメント２０４であり、歯ブラシのようなブラシ繊維の矩形ブロックとなるように、シャフトの一方の側に沿って半径方向外側に延在する複数の導電性繊維２０６を有する。ブラシは、繊維２０６がアーバー４２の外側の導電性部分と接触するように取り付けられる。
【００５１】
図２１は、編組グラファイトまたはその他の導電性材料および可撓性材料からなるブラシ２０８を使用する別の構成を示す。ブラシ２０８は、２つの穴２１１および２１２を有する真鍮のような導電性材料２１０の中間部品に取り付けられる。バネ２１４の一端部が穴２１１に取り付けられ、バネの他端部が工具の電気的に分離されたまたは非導電性の固定部品に取り付けられている。バネは、ブラシとアーバーとの接触を維持するために、アーバー４２に対してブラシ２０８を引っ張る。ワイヤ２１６が穴２１２に接続され、ワイヤがブラシ２０８とアーバー４２を検出システムに接続する。
【００５２】
図３の１１０に示す手持ち丸鋸、トラックソー、マイターソーおよび軽量テーブルソーのような電動工具は、典型的には、ブレードを駆動するためにブレードに直接結合されたモーターを含む。このようなモーターは、マイターソーの場合は、ベースに支えられた可動アームに取り付けることができ、手持ち丸鋸やトラックソーの場合はハンドルを含めることができ、テーブルソー１１０の場合はキャビネットまたはハウジング内に含まれる。図２２〜図３４は、これらの電動工具に特に適用可能な導電性結合の実施形態を示している。
【００５３】
図２２から図３６に示される実施形態は、モーターシャフト２２４を有するモーター２１８と、ギアボックス２２２に接続されたハウジング２２０とを含む。ギアボックス内にアーバー２４２が支持され、アーバーにブレードが取り付けられる。特定のギアボックスが図２２〜２４に示されているが、ギアボックスは電動工具に応じて多くの形を取ることができる。簡略化のため、図２４にはモーター２１８の選択された部分のみが示されている。たとえば、図２４は、ベアリング３１０および３１２によって支持された回転のためのモーターシャフト２２４を示しているが、モーターの巻線およびステータは示されていない。
【００５４】
図２４に見られるように、第１のブラシ１４０は、アーバー２４２に接続して、先に説明したように能動的な傷害軽減システムで使用するためにブレードに電気信号を与える。さらに、第２のブラシ２９２は、モーターシャフト２２４に接続して、モーターに関連する、またはモーターから来るあらゆる電気的ノイズを低減する。能動的な傷害軽減技術を有する電動工具では、ブレード上の信号は、電気的ノイズの影響を受ける可能性があり、電気的ノイズは、例えばユニバーサルモーターのブラシから発生することがある。電気ノイズは、ギアの歯が接触したり離れたりする際の２つの噛み合いギアの動きから生じることもある。このような電気的ノイズは、ブラシ２９２を使用してモーターシャフトを接地することによって低減できる。
【００５５】
ブラシ２９２は、図９および図１０に関連して前述したブラシ１４０と同様である。ブラシ２９２のシャフトは、圧縮バネ１４６に嵌合し、ブラシの円錐形端部は、図２５に示すように、モーターシャフト２２４内の導電性材料片２９０内の穴に載置される。バネ１４６のＵ字形の端部は、金属などの導電性部品から作られた接触プレート２９６に当接している。図２２に見られるように、接触プレート２９６をモーターハウジング２２０の外部に取り付けるためにネジ２９８が使用される。
【００５６】
図２６は、ブレード上に電気信号を与えるためにアーバー２４２に接続された第１のブラシ１４０を示し、図２７はその接続の分解図を示す。ギア２４４は、ブレードに電気信号を与えるために必要なアーバーとモーターシャフト２２４との間の電気的な分離を提供する。図２７では、明瞭化のために、アーバー２４２から分解されたギア２４４が示されているが、図示された実施形態では、アーバー２４２およびギア２４４が、後で説明するように一体物として製造されている。アーバー２４２は、大きなボールベアリング２５２の周りにフィットするように形作られたベアリングカップ２５０の開口部に適合する。ベアリングカップ２５０は、ギアボックス２２２に取り付けられる。ベアリング２５２は、アーバー２４２上に形成された非導電性ベアリングシート２５３に嵌合し、ベアリングシートは、ギア２４４の非導電性内側リング２５６と一体である。同様に、小さいボールベアリング２５８が、アーバー２４２の上に形成され、内側リング２５６と一体である非導電性ベアリングシート２５５に嵌合する。このようにして、ベアリング２５２および２５８は、回転のためにアーバーを支持し、内側リング２５６およびベアリングシート２５３および２５５は、アーバーをモーターシャフト２２４から電気的に分離する。
【００５７】
アーバー２４２の一端部は、開口部１５６を有し、前述したように、導電性材料１５２で充填することができる（図３０の断面図に示す）。導電性材料１５２は、ブラシ１４０が嵌合する開口部を有する。ブラシ１４０の円筒形端部は、前述したように、圧縮バネ１４６に嵌合する。接触プレート２８２は、バネ１４６を保持し、したがってブラシ１４０を適所に保持して導電性材料１５２と接触したままにする。信号キャップ２６２がアーバー２４２とブラシ１４０の端部に取り付けられている。ブラシ１４０およびバネ１４６の一端部は、信号キャップ２６２の穴２６４を通過する。信号キャップは、アーバーの端部で導電性結合構成要素を固定するのを助け、後に詳細に説明するように、ポット穴２７０内に回路基板２７２を収容する。ネジ２８４は、接触プレート２８２の穴、バネ１４６のＵ字形端部（図１１に１５０で示す）、信号結合電極２８６の穴を通り、信号キャップ２６２の穴２６６を通る。信号結合電極２８６は、ブラシ１４０から回路基板２７２へ電気信号を伝える曲がった金属部品である。信号結合電極２８６の第２の穴が、信号キャップ２６２のガイドピン２６８に嵌合する。
【００５８】
前述したように、テーブルソー１１０などの人との偶発的な接触を検出するためにブレードに電気信号を与える能動的な傷害軽減システムを有する電動工具では、ブレードへの信号を維持するために、ブレードを電気接地から分離しなければならない。図示の実施形態では、ブレードの電気的な分離は、ギア２４４によって達成される。具体的には、ギア２４４のハブは非導電性である。換言すれば、非導電性材料の層がギアの外側リングとアーバーとの間に配置される。
【００５９】
図２８〜図３３は、アーバー２４２およびギア２４４をより詳細に示しており、図３０、図３１および図３３は断面図である。これらから分かるように、ギア２４４は、ギアの歯を含む外側リング２５４を含む。外側リング２５４は、金属製であり、具体的には、粉末金属、または鍛造され切断された鋼などの金属からできている。プラスチック、セラミック、または何らかの他の非導電性材料から作られた非導電性内側リング２５６が、外側リング２５４の内側に沿って同心に配置される。スプライン２５７などのスプラインまたはキーは、外側リング２５４と内側リング２５６の間の滑りや回転を防ぐ。アーバー２４２は、鋼などの金属製であり、ギア２４４が取り付けられるアーバー２４２の端部は、内側リング２５６とアーバー２４２の間の滑りや回転を防止するスプライン２５９などのキーまたはスプラインを有する。内側リング２５６は、非導電性であり、アーバー２４２と外側リング２５４との間に必要な電気的な分離を提供する。
【００６０】
ギア２４４の図示された実施形態は、必要な電気的な分離を提供しながら、金属歯によってギアの強度を維持するという利点を有する。非導電性内側リングは、ギアの回転軸から外側に配置され、外側リング２５４と接触する表面積を最大にして、せん断を最小にし、より大きなトルクを提供する。ギアとリングにはさまざまな形があり、異なる数のリングを使用することができる。本実施形態は、非導電性の内側リング２５６が、射出成形プラスチックのような誘電材料から製造され、製造コストを低減できるため、有利である。
【００６１】
１つの重要な考慮事項は、導電性アーバー２４２と導電性外側リング２５４との間の間隙の幅である。間隙が狭いと、アーバー２４２とモーターシャフト２２４との間の静電容量が増加して、ブレード上の信号の監視および使用者とブレードとの間の偶発的な接触の検出を妨害する可能性のあるカップリングとノイズにつながる。ギア２４４の構造的完全性を損なうことなく誘電絶縁材料の量を最大にし、導電性材料の量を最小にすることが有利である。例として、電気信号がアーバーとブレードに与えられる能動的な傷害軽減実施形態を有する電動工具では、本明細書で論じるギア２４４のような、アーバーを駆動するギアを介してノイズが発生する可能性がある。ギア歯は、モーターシャフトと導電接触しており、歯が噛み合うと、ギア歯とアーバーの間の静電容量によりモーターシャフトに近づいたり離れたりするギア歯の動きによって、アーバー上の信号が乱される可能性がある。そのような摂動はノイズと呼ばれることがあり、そのノイズは十分に大きくて可変であり、人とブレードとの接触を示すブレード上の信号の変化を確実に検出する能力に影響する。アーバーとギア歯の間に十分な間隔の非導電性材料を設けることで、このようなノイズを最小限に抑える。
【００６２】
図示の実施形態では、１つのスプライン２５７の外側から反対側のスプラインの外側まで測定された内側リング２５６の直径は３６．５ｍｍであり、スプライン間の内側リングの直径は３６ｍｍであり、各スプラインの高さは０．５ｍｍである。また、１つのスプライン２５９の外側から反対側のスプラインの外側まで測定されたアーバー２４２の直径は１９ｍｍであり、スプライン間のアーバーの直径は１５ｍｍであり、各スプラインは４ｍｍの高さである。もちろん、ギア２４４は、ブレードの所望の回転速度を達成するようなサイズにすることができる。本明細書に記載されている電動工具のブレードとアーバーの一般的な回転速度は、毎分４０００回転である。
【００６３】
内側リング２５６を形成する材料は、外側リング２５４およびアーバー２４２を形成する材料と同様の熱膨張係数を有するように選択され、シャフト、内側リングおよび外側リングの間の滑りを生じる可能性がある寸法の変化を最小にする。
【００６４】
図示された実施形態では、ギア２４４およびアーバー２４２は、一部品として製造される。アーバー２４２および外側リング２５４が、機械加工によって、または粉末金属から形成することによって、またはその両方によって最初に形成される。その後、アーバーと外側リングが金型内に配置され、非導電性材料がアーバーと外側リングの間に金型に注入される。非導電性材料がアーバーの表面を覆い、アーバーと外側リングの間の空間を満たして非導電性内側リング２５６を形成する。同時に、非導電性材料は、先に言及したベアリングシート２５３および２５５を形成する。溝２５１は、図２７に示すように、アーバー２４２の端部を切断し、アーバーとベアリングシート２５３との間の接触面積を増加させることができ、これによりギア２４４がアーバーに対して移動する機会を最小限に抑えることができる。
【００６５】
図３２に見られるように、モーターシャフト２２４（駆動シャフトと呼ばれ得る）は、一端部にピニオンギア３１６を含む。ピニオンギア３１６は、ギア２４４と噛み合っており、その結果、モーターシャフト２２４がピニオンギア３１６を回転させると、ピニオンギア３１６は、ギア２４４およびアーバー２４２を駆動する。逆も可能であり、ギア２４４は、モーターシャフト２２４上にあり、ギア２４４が、アーバー２４２上の別のギアまたはピニオンを駆動することができる。ブレード４０は、カラー３３２および３３４によって、およびアーバー２４２のネジ付き端部にねじ込まれるナット３３６によって、アーバー２４２上に保持される。したがって、モーターシャフト２２４およびピニオンギア３１６が回転すると、ギア２４４およびアーバー２４２も回転する。そのようにして、モーターは、ブレードを駆動する。ギア３１６と２４４は、ブレードを所望の速度で回転させるようなサイズにすることができる。
【００６６】
導電性シャフトの直径１５〜１９ｍｍ、非導電性内側リングの直径３８〜４６ｍｍ、外側リングの直径５２〜５９ｍｍが強度と電気的分離の最適なバランスを与えることが実験的に分かっている。
【００６７】
図３２はまた、モーターを冷却するために使用されるモータファン３１４を示す。
【００６８】
図２２および図２３に示すモーターハウジング２２０はまた、モーターハウジングの内側または外側、または両側に導電性塗料などの導電性材料でコーティングすることができ、無線周波数干渉または電磁干渉のような電気ノイズをブロックする傾向のあるシールドを提供する。そのサイズおよび構成のために、ブレード４０は、アンテナとして機能し、能動的な傷害軽減システムの意図された機能を妨害することがある。この問題を最小限に抑えるために、モーターは電気的に分離されているか、または「空き缶」に入れられる。この問題にさらに対処するために、モーターのステータコアを接地することができ、ここで説明するように、モーターシャフトは、導電性結合を介して接地することができる。シールドケーブルを使用することにより、電気ノイズによる干渉がさらに最小限に抑えられる。図２２と図２３では、２本のワイヤ２２３と２２５がモーターハウジング２２０の内部から延びていることが分かる。ワイヤ２２３は、上述のようにモーターシャフトを接地するために使用され、ワイヤ２２５は、単純で固定的なまたは非可動接続を介してステータを接地する。電気的ノイズを遮蔽またブロックするために、これらの選択肢を共に使用することができる。
【００６９】
図３５および図３６は、残りのモーター２１８から分離された信号キャップ２６２を示す。前述したように、信号キャップ２６２は、ブラシ１４０、信号結合電極２８６、および回路基板２７２を定位置に保持するために使用される。回路基板２７２は、ホール効果センサを含み、ホール効果センサは、磁石２５７（図２８に示されている）の動きを監視して、アーバー２４２の回転を検知する。回路基板２７２は、プラスチックなどの材料２７１を使用してポッティングされ、これは、熱を消散し、回路基板をほこりから保護する役割を果たす。ブラシ１４０または材料１５２に堅いまたは編組グラファイトを使用すると、導電性グラファイトダストが回路基板２７２上に広がって、電気ノイズおよび／または信号検出を妨害することがある。図示の実施形態では、回路基板２７２は、信号をブラシ１４０からケーブルまたはワイヤ２７４に伝達する。ケーブル２７４は、ブラシ１４０からの信号を伝達するもの、ホール効果センサからの信号を伝達するもの、電力用、および接地用の複数の導体を含む。ケーブル２７４は、シールドを含み、これは導体と考えることができる。
【００７０】
図３７は、能動的な傷害軽減を有する電動工具におけるアーバーへの導電性結合とモーターシャフトへの導電性結合の概略回路図である。ブラシ１４０は、ブレード４０に導電的に結合されて、上述のように、ブレードへ電気信号を与え、それを監視する。電気信号は、信号発生器４００によって発生され、ブラシ１４０を介してブレードに伝達される。ブラシ１４０は、電気コネクタ４０４を介して信号発生器４００に接続される。いくつかの実施形態では、信号発生器４００とブラシ１４０との間に駆動信号コンデンサ４０２を挿入することができる。ブレード４０およびブラシ１４０は、検出回路４０８にも結合される。ブレード上の信号が回転ブレードとの人間の接触を示すように変化すると、検出回路４０８はその変化を認識し、ブレードを停止および／または後退させるなどの傷害軽減を引き起こすことができる。いくつかの実施形態では、検出回路とブレードとの間に検出信号コンデンサ４０６を挿入することができる。
【００７１】
検出回路４０８はまた、最小標準検出信号または最小負荷を検出することもできる。最小の標準感知信号または最小負荷がないと、ケーブル２７４または少なくともブラシ１４０からの信号を伝達する導体が破損していることを示し、したがって、能動的な傷害軽減システムの能力が損なわれていることを示す。最小負荷はアーバー、アーバーベアリング、ブレードからのものである。
【００７２】
図３７はまた、ブラシ２９２がモーターシャフト２２４を工具アース４１０に導電的に結合することを示している。工具アース４１０は、信号発生器４００および検出回路４０８のためのコネクタ４０４を介して基準アース４１２を提供する。ブラシ１４０は、ダイオードまたはバリスタ４１４を介して工具アース４１０に接続され、静電気放電保護を提供し、抵抗４１６を介して電荷消散を行う。
【００７３】
図３７はまた、説明したように、モーターシャフト２２４によって駆動されるギア２４４を示す。ギア２４４は、ホール効果センサ４１８と伝達する磁石２５７を含むことができ、ブレードの回転を検出し監視する。ホール効果センサは、磁石２５７の動きを検出する位置で回路基板２７２に取り付けられている。ホール効果センサは、コネクタ４０４を介してブレード回転数検出回路４２０に接続される。
【００７４】
回転アーバーを有する電動工具において、本明細書に記載の導電性結合は、アーバーが回転している４０〜２５０時間以上の累積時間において重大な信号の中断なしにブレードへの導電経路を維持することができることが実験によって示された。重大な信号の中断は、能動的な傷害軽減反応を引き起こす信号の中断である。能動的な傷害軽減技術を有する現在利用可能なテーブルソーでは、重大な中断は約２０マイクロ秒以上の期間を有する。ただし、重大な中断の期間は、具体的な電動工具や能動的な傷害軽減技術の実装によって異なり、２０マイクロ秒よりも短くても長くてもよい。導電性結合が、重大な信号の中断なしに４０〜２５０時間、ブレードへの導電性経路を維持できるかどうかは、能動的な傷害軽減技術を有する電動工具に導電性結合を組み込み、特定の時間工具を動かし、その間に能動的な傷害軽減技術が起動されたかどうかを観察することによって論証することができる。能動的な傷害軽減システムの他のすべての構成要素または態様が期待どおりに実行および／または機能していると仮定すると、そのようなトリガーは信号の重大な中断を示すものである。
【００７５】
回転アーバーと回転アーバーとの導電性結合を有する電動工具では、摩耗して重大な信号の中断を引き起こす導電性結合の構成要素は、ブラシである。しかし、本明細書に記載のブラシ１４０のようなブラシは、摩耗が最小限であり、ブラシが４０〜２５０時間以上もつ。これは、前に説明したように、ブラシがアーバーの回転軸の近くで回転アーバーと電気的に接続していることが原因である。アーバーの回転軸またはその近くでアーバーと電気的接続を行うことは、軸の接触と考えることができる。
【００７６】
本明細書に記載されているいくつかの導電性結合は、両側の結合として説明することができ、結合の一方の側が剛性の構成要素または表面であり、結合の他方の側が柔軟性のある、迎合性のある、および／または順応性のある構成要素である。例えば、アーバーやブレードは、導電性結合の一方の側にすることができる剛性部品であり、迎合性および順応性のある複数の柔軟なフィラメントは、導電性結合の他方の側にすることができる。本明細書に記載されている他の導電性結合は、結合の両側が迎合性または順応性のある両側の結合と考えることができる。例えば、バネ付勢の堅いブラシは、バネによって迎合性または順応性があり、導電性結合の一方の側にすることができる。編組グラファイト、粉末、またはゲルは、迎合性または順応性があり、導電性結合の他方の側にすることができる。結合の両側が迎合性、または順応性がある両側の結合が少なくともある程度最適に機能することが実験によって示されている。
【００７７】
本明細書で説明される導電性結合およびブラシは、モーター整流に使用されるブラシとは異なる。モーターブラシは、モータコイルに高電圧で高電流を流すことができるが、モーターブラシによって確立された接続は、能動的な傷害軽減の実装で許容されるにはあまりにも断続的である。本明細書で説明されるブラシは、接続を通して多くのエネルギーを伝える必要なく、低インピーダンスのソースから低インピーダンスで一般的に連続的な接続または接触を提供する。換言すれば、ブラシと導電性パッキンとの間の接続または接触は、関連する信号が接続中の可動部品に起因する自然な変化によって実質的に混乱しないようにするため十分に低いインピーダンスおよび抵抗である。
【００７８】
産業上の利用可能性
本明細書に記載の導電性結合は、能動的な傷害軽減技術を有する電動工具に適用可能である。導電性結合は、能動的な傷害軽減技術を有するテーブルソー、手持ち丸鋸、トラックソー、マイターソー、バンドソーに特に適している。
【００７９】
上述の開示は、独立した有用性を有する複数の異なる発明を包含すると考えられる。これらの発明のそれぞれが好ましい形態で開示されているが、本明細書に開示され例示されたその特定の実施形態は、多くの変形が可能であるため、限定的な意味で考慮されるべきではない。本発明の主題は、本明細書で開示される様々な要素、特徴、機能および／または特性のすべての新規で明白でない組み合わせおよびサブ組合せを含む。開示された実施形態の単一の特徴、機能、要素または特性は、開示されたすべての発明に必須ではない。同様に、特許請求の範囲が「ある」または「第１の」要素またはその均等物を列挙している場合、そのような特許請求の範囲は、そのような要素の１つまたは複数の組み込みを含み、２つ以上のそのような要素を必要としないことも、排除するものでもないことを理解されるべきである。
【００８０】
以下の特許請求の範囲は、開示された発明の１つを対象とし、新規かつ非自明である特定の組み合わせおよびサブ組み合わせを特に示すものと考えられる。特徴、機能、要素および／または特性の他の組み合わせおよびサブ組み合わせで具体化された発明は、本請求の補正または本請求または関連出願の新規請求の提示によって請求することができる。そのような修正されたクレームまたは新しいクレームは、異なる発明に対するものであるか、同じ発明に対するものであるとしても、原クレームと異なる範囲、より広い範囲、より狭い範囲、または同じ範囲あろうと、本開示の発明の主題に含まれるものとみなされる。
【符号の説明】
【００８１】
１０  電動工具
１２  作動構造
１４  切削工具
１６  モーターアセンブリ
１８  安全システム
２０  電源
２２  検出サブシステム
２４  反応サブシステム
２６  制御サブシステム
２８  ブレーキ機構
４０  円形ブレード
４４，４６  接触検出プレート
５０  論理コントローラ
７０  可融性部材
７２  接触台
７６  発射サブシステム
１１０  テーブルソー
１２９  アーバー
１３０  モーター  １４０  第１のブラシ
１４２  円筒形シャフト
１４４  円筒形セグメント
１４６  圧縮バネ
１５２  導電性パッキング材料
２４２  導電性アーバー
２５２  ボールベアリング
２５３，２５５  非導電性ベアリングシート
２５４  外側リング
２５６  内側リング
２５７  磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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